Comeback for gammel teknologi styrker solenergiens rolle

Hvis vi udnytter Solens energi med de nyeste teknologier, vil de ifølge Det internationale Energiagentur kunne dække 20-25 procent af verdens elforbrug, mellem 30 og 60 procent af varmtvandsforbruget og 10-35 procent af rumvarmeforbruget i alverdens bygninger i 2050.

Til den tid skal klodens CO2-udledning være reduceret med 50 procent i forhold til 2005, og agenturets seneste vurdering er en fordobling af potentialet i forhold til organisationens forrige rapport fra 2008. Ikke mindst de to elproducerende teknologier, solceller (PV) og koncentreret solkraft (CSP på engelsk) er blevet opskrevet betragteligt og forventes nu at kunne levere hver omkring 11 procent af elforbruget.

Nyeste på scenen er CSP - selv om det faktisk er en gammel opfindelse. Det allerførste elproducerende anlæg blev bygget i Italien i 1968, og i 1980'erne byggede USA en del anlæg, men så lagde man teknologien på køl på grund af de lave oliepriser. Men nu er amerikanerne i gang igen, og især USA og Spanien satser målrettet på denne teknologi. Men der er også projekter undervejs i Australien, Indien, Sydamerika og i en række nordafrikanske stater.

I alt kører der globalt CSP-anlæg med tilsammen 1 GW effekt. Heraf findes der 9 i USA med en samlet effekt på 354 MW og 10 i Spanien på 382 MW. Flere af anlæggene er kombineret med gasturbiner, så de kan producere strøm hele døgnet.

Fire typer teknologi

Der er fire forskellige typer CSP-teknologier, som dog alle går ud på at koncentrere Solens stråler og dermed opvarme en væske så meget, at en dampturbine kan producere strøm. Et must for alle disse typer anlæg er i øvrigt tracker-systemer, der lader spejlene følge Solens gang, så strålerne hele tiden fanges optimalt.

Parabolic trough, som bedst kan oversættes ved 'parabolske trug', er den mest modne og udbredte teknologi indtil videre. Den består af halvcirkelformede lange spejle, der koncentrerer solstrålerne i nogle væskefyldte rør, der løber i centrum af halvcirklen. Den varme væske, som typisk er en syntetisk olie, bringer vand i kog, og det driver en dampturbine.

Det andet princip er soltårne, hvor tusindvis af spejle kaster strålerne op på en kedel placeret i toppen af et højt tårn, hvor vand eller en anden væske opvarmes kraftigt. Denne energi genererer damp, der først og fremmest bruges til elproduktion via en dampturbine. I soltårne kan vandtemperaturen komme meget højt op og giver dermed en høj effektivitet.

Et tredje princip er Linear fresnels reflectors, hvor mange flade eller svagt kurvede spejle koncentrerer strålerne i receiver-rør, som direkte opvarmer vand til dampturbinen. Fordelen ved denne teknologi er, at man sparer varmevekslere og et andet væskemedium.

Paraboler med stirlingmotor

Endelig er der paraboler, hvor solstrålerne koncentreres i centrum af en stor tallerken, og hvor hver parabol er et anlæg for sig. I centrum af hver sidder nemlig for eksempel en stirling-motor, som udnytter det varme vand til elproduktion. Denne type anlæg er meget effektiv og behøver modsat de andre typer ikke en væske til at opsamle energien eller masser af vand til køling.

Teknologierne virker i dag, men er langtfra færdigoptimerede. Ifølge Peter Badstue Jensen fra Aalborg CSP er man for eksempel i USA ved at gå væk fra de parabolske trug-anlæg med syntetiske olier.

»Man er nervøs på grund af den miljørisiko, der er, hvis meget store mængder syntetisk olie i receiverne lækker ud i sårbare ørkenområder,« siger han.

Smeltet salt erstatter olie

Den seneste udvikling på CSP-området er at anvende smeltet salt, både som varmemedium og som lagermedium. CSP-anlæggene kan nemlig gemme varmen og dermed producere strøm i en længere perioder ud over døgnet.

Smeltet salt, som blandt andre Siemens skal arbejde med i et demonstrationsanlæg i Portugal, kan arbejde ved højere temperaturer end de hidtil anvendte syntetiske olier og er derudover mere miljøvenligt.

Selv om både CSP og solceller producerer strøm, mener IEA ikke, at man skal betragte de to teknologier som konkurrenter - snarere som teknologier, der supplerer hinanden:

»Fleksibiliteten og kapaciteten i CSP vil kunne hjælpe net-operatører til at integrere større mængder fluktuerende elproduktion fra vedvarende energikilder, såsom vindkraft og solcelleanlæg,« sagde IEA's chef Nubuo Tanaka sidste sommer ved fremlæggelse af IEA's roadmap-analyser af de to teknologier.

Solcellerne, som jo er en langt mere moden teknologi, har i øvrigt deres styrke ved, at de kan arbejde i et bredere klimabælte, og at de kan monteres på hustage og indbygges i facader i meget mindre enheder.

Ifølge IEA vil solceller på hustage blive konkurrencedygtige med detailpriserne på elnettet i 2020 i mange regioner. Og som større kraftværker i 2030 i de mest solrige egne i verden.

Krystallinske solceller dominerer

Verden over er der i alt installeret solceller svarende til en effekt på 35 GW. Det er stadig de krystallinske silicium solceller, der dominerer verdensmarkedet, som i mange år har kunnet præstere voldsomme vækstrater på omkring 50 procent.

Selv om tyndfilm-teknologien - hvor forbruget af dyr, forarbejdet silicium er minimeret - hele tiden udvikler sig, bliver der samtidig optimeret og effektiviseret tilsvarende på produktionen af de krystallinske solceller. Det vurderer Peter Ahm, dansk rådgiver med solceller som speciale:

»De krystallinske solceller kan i dag produceres til omkring én euro, altså til 7,5 kroner pr. watt, hvilket gør dem konkurrencedygtige med tyndfilmsolcellerne, der er billigere, men til gengæld har en lavere effektivitet og derfor skal bruge mere plads og mere materiel,« forklarer han.

Også solcelleekspert på Teknologisk Institut Ivan Katic mener, at det er de mange små optimeringer, der gør solcelleteknologien stadig mere konkurrencedygtig, snarere end et enkelt teknologisk tigerspring:

»De senere år er det lykkedes flere producenter at anvende mindre rent og dermed billigere silicium i de krystallinske celler; det kan være et af de meget vigtige, små skridt fremad,« siger han.

Solvarmen går storskala

Hvad solvarmeteknologien angår, vurderer IEA-SHC, at den kan dække 11 procent af energiforbruget i alverdens bygninger i 2050, hvilket altså omfatter det elforbrug, der går til andet end varme og varmt vand.

Her i Danmark vurderer både Ingeniørforeningen, Energistyrelsen og Energinet.dk, at solvarme kan dække hele 15 procent af bygningernes samlede varmebehov allerede i 2030 og nå helt op på 40 procent i 2050, hvis den ældre bygningsmasse udskiftes med nye lavenergiboliger i det hidtil kendte tempo.

Ligesom på solcelleområdet er teknologien veludviklet. Nu handler det om billiggørelse af anlæggene og - især her i Danmark - om integration af solvarmen med fjernvarme- og kraftvarmeværker og om videreudvikling af lagerteknologier til det varme vand.

De seneste år er der i Danmark sket en kraftig udbygning med store markbaserede solfangeranlæg, som er koblet til fjernvarmeanlæg.

Sidste år blev to af verdens største anlæg indviet, og i løbet af i år opføres yderligere 17 store anlæg landet over, herunder ét i Dronninglund, der måske bliver verdens største med et solfangerareal på 35.000 kvm. Også endnu større anlæg er under overvejelse hos blandt andre Fjernvarme Fyn.

»Efterhånden er andre lande begyndt at blive interesseret i det danske koncept med at koble store solfangeranlæg til fjernvarmen. Faktisk er vi blevet leder af et nyt task force under IEA, der skal udbrede vores erfaringer med disse systemer,« forklarer rådgiver og ekspert i solvarme Jan Erik Nielsen fra firmaet Planenergi.

Kina førende solvarmeland

I Europa er den mest udbredte solfangertype den plane solfanger, hvor absorberen med den cirkulerende væske ligger bag en plan glasplade. I vakuumsolfangeren er absorberne placeret i evakuerede glasrør.

Varmetabet er normalt mindre i vakuumsolfangeren, og det gør den velegnet til anlæg med høje temperaturer.

Vakuumsolfangerne anvendes fortrinsvis i Kina, som er det førende solvarmeland: Her produceres og anvendes 60 procent af alle verdens solfangere:

»På det europæiske marked har kinesiske vakuumsolfangere stadig mindre end ti procent af markedet,« oplyser Jan Erik Nielsen.